分子筛和多孔材料化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章 绪论第1页分子筛定义范围筛分子(最初）0.3-2.0 nm:微孔 Microporous2.0-50 nm:介孔 Mesoporous50 nm:大孔 Macroporous -IUPAC 定义第2页微孔分类小孔沸石:0.4 nm中孔沸石:0.4-0.6 nm大孔沸石:0.6-0.8 nm超大孔沸石:0.8-2.0 nm 人们极难合成孔径大于0.8 nm以上沸石分子筛！第3页微孔沸石举例-Chem.Mater.,12JLU-1(Titanosilicate):Pore size:6.2 第4页介孔分子筛举例SBA-15MAS-7第5页介孔分子筛SBA-15MAS-7第6页大孔材料举例Pore size:100 nm第7页微孔介孔材料举例微孔:0.7 nm；介孔：4-40 nmAB第8页微孔介孔材料举例微孔:0.7 nm；介孔：4-40 nmAB第9页第10页分子筛组成与发展硅铝沸石分子筛天然沸石(火山)、人工合成沸石：大量生产全硅沸石分子筛吸附亲油功效杂原子沸石分子筛引入催化活性中心磷酸铝分子筛不含有硅物种第11页分子筛组成与发展介孔分子筛将孔径开展到1.5-50 nm，组成能够任意改变金属有机骨架分子筛（MOF系列)将骨架扩展到有机分子第12页硅铝沸石分子筛组成与结构组成：Mn+Al2O3 nSiO2 mH2O基本结构：硅氧四面体、铝氧四面体 Si-O-Al (T-O-T)环数 不一样环数(8-;10-;12-;14-;18-)不一样维数(一维；二维；三维)不一样Si/Al比值：1-形成不一样类型沸石分子筛！第13页硅铝沸石分子筛性质酸性质大表面积，强吸附能力均匀孔径强离子交换能力-工业中广泛应用！第14页沸石分子筛吸附应用比表面积大：300-600 m2/g 强吸附性能，且含有选择性吸附气体能力 实例：全硅分子筛：亲油，不吸附水硅铝分子筛：亲水 应用：消除环境污染如苯、CO等香烟过滤嘴：高科技-国家烟草局第15页沸石分子筛筛分应用均一孔径：强烈筛分能力定义本意 筛分氧气与氮气：主要科技项目 分子筛膜：水与氢气；氢气与烃燃料电池主要课题 气体分离第16页沸石分子筛离子交换应用强离子交换能力：nM1m+-mM2n+洗涤剂：消除水中Mg2+与Ca2+每年10万吨：无磷洗衣粉添加剂 ：30万吨A型分子筛 消除重金属离子：Hg2+可连续发展过程中十分主要：松花江治理项目第17页沸石分子筛催化应用固体酸性催化剂：最大应用，广泛地应用在石油加工中Exxon,Mobil,Shell,GNP很大比重 制备方法：NaZNH4Z HZ 国民经济发展关键技术-50年代经济制裁主要内容之一第18页石油催化裂化50年代前：催化剂为酸性黏土催化活性低，汽油、柴油收率低50年代末：分子筛催化剂(Y)催化活性高，汽油、柴油收率高，效益为年千亿美元以上。70年代：提升辛烷值(ZSM5)，燃料绿色化90年代：石油中渣油量很大，新型大孔分子 筛材料，介孔分子筛出现，实现渣油裂化。第19页催化反应绿色化实例第20页实例：利用TS-1实现环境友好反应对二苯酚：主要化工原料 传统方法：苯酚+硫酸2-磺基苯酚+CuSO4 苯二酚+铜盐+Na2SO4(对位较少)新方法：TS-1：微孔：5.5 苯酚+H2O2 苯二酚+H2O苯二酚：对位较多：孔道选择性没有有害副产物，一步完成！第21页实例：利用ZSM-5实现择形反应对二甲苯(5.3)：主要化工原料，价格较高邻二甲苯(5.6)：价格较低催化异构化？一致未发觉很好催化剂！ZSM-5：二维孔道：5.5在ZSM-5存在下，邻二甲苯能够高选择性地转化为对二甲苯！第22页实例：利用SAPO-34实现择形反应乙烯(4)：价格较低择形催化反应：分子筛SAPO-34二维孔道：3.8 在SAPO-34存在下，甲醇能够高选择性地转化为乙烯！第23页-Aika et al.,Science,1999.纳米孔作为分子反应器第24页催化反应是当代化指标之一美国：与催化相关GNP大约35%欧洲：30%日本：35%中国：15%不发达国家：5%第25页微孔分子筛组装纳米器件 微孔分子筛组装半导体材料 依据孔道形状不一样组装量子点、量子线(CdS/NaY)以分子筛微孔作为形成纳米器件模板APO-5中制备出最细纳米管第26页C-NanotubesC-Nanotubes in AlPO in AlPO4 4-5-5单壁最小孔径（单壁最小孔径（单壁最小孔径（单壁最小孔径（44）碳纳米管在微孔晶体内生成）碳纳米管在微孔晶体内生成）碳纳米管在微孔晶体内生成）碳纳米管在微孔晶体内生成-Nature,-Nature,408,50,.408,50,.第27页微孔分子筛形貌控制大单晶：微设备和器件、结构解析纳米晶体优异功效、纳米特殊性质分子筛纤维、膜分子筛膜：气体分离：催化分离一体化不一样晶粒分子筛合成举例第28页AXMORMOR-Chem.Mater.,1999.第29页APO-5SODSilicalite-IMORMORFAUSingle Crystals of Zeolites第30页The SEM of Single CrystalsFAULTA-Adv.Mater.,1999第31页-Microporous and Mesoprous Mater.,1999SOD第32页100nmNanosized ZeolitesFAULTA-Chem.Mater.第33页Nanosized ZSM-5第34页形貌控制形貌控制 纳米颗粒、纤维、膜纳米颗粒、纤维、膜J.Am.Chem.Soc.,122,3530-3531ZSM-5,Silicalite-1TS-1,LTAbeta,Y,X第35页不一样型貌 Film Fiber Crystal第36页Morphological control of mesoporous silica 第37页Sphere and Fiber of Mesoporous StructureMesoporous Silica Spheres and Fiber-Chem.Mater.1997,9,14第38页Mesoporous Silica Film on Silicon Single Crystal第39页分子筛与多孔材料领域研究人员众多International Zeolite AssociationInternational Catalysis AssociationAsian Pacific Association of Catalysis SocietiesChinese Zeolite Association第40页分子筛与多孔材料领域高质量研究工作Nature,Science,JACS,Angew.Chem.Microporous Mesoporous Mater.Chem.Mater.,J.Phys.Chem.B.,ACSRSCAmerican Patents,European Patents,International Meetings(IZC,IMMS,ZMPC)第41页分子筛与多孔材料领域应用广泛工业化技术催化、吸附与分离高技术领域环境治理生物领域第42页分子筛与多孔材料领域国际研究热门，50多年长盛不衰就业热门当前世界各国和著名企业依然投入大量精力进行研究！本事域有大量国际著名企业：Exxon，Mobil，UOP，UCC，PG，BP，Shell，SinoPec，PetroChina，BASF第43页